BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN MẠNH GIÀU CÂN BẰNG ĐIỆN THẾ ĐIỂM TRUNG TÍNH TRONG BIẾN TẦN NPC 3 BẬC DÙNG ZERO-SEQUENCE VOLTAGE NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S KC 0 0 4 0 6 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN MẠNH GIÀU CÂN BẰNG ĐIỆN THẾ ĐIỂM TRUNG TÍNH TRONG BIẾN TẦN NPC 3 BẬC DÙNG ZERO-SEQUENCE VOLTAGE NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2013 Luan van QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Văn Mạnh Giàu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/01/1984 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 309/87 Võ Văn Ngân, khu phố 5, Phƣờng Linh Chiểu, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.
Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0907 907 018 Fax: E-mail: manhgiau2004@yahoo. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2008 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tại Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: ỨNG DỤNG AVR TRONG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ XƢỞNG MAY Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 2 năm 2008, tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trƣơng Thị Bích Ngà Trang -i- Luan van III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 04/2008 – - Nhân viên kỹ thuật Công ty cổ phần In Gia Định 04/2009 04/2010 đến Công ty TNHH SƠN TÙNG - Nhân viên kỹ thuật nay LÂM Trang -ii- Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp.
Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 9 năm 2013 Lê Văn Mạnh Giàu Trang -iii- Luan van LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cám ơn thầy PGS. Nguyễn Văn Nhờ, giảng viên hƣớng dẫn em th ực hiện luận văn, đã ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i và hƣớ ng dẫn tâ ̣n tình , định hƣớng và nhắc nhở kịp thời trong thời gian qua để em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những nghiên cứu để hoàn thành luận văn. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm để em triển khai đề tài trong suốt thời gian qua.
Tôi chân thành cảm ơn các anh em trong phòng thí nghiê ̣m , bạn bè trong lớp đã cùng nghiên cƣ́u và giúp đỡ tôi nhiề u trong quá trin ̀ h thƣ̣c hiê ̣n đề tài. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 9 năm 2013 Học viên thực hiện Lê Văn Mạnh Giàu Trang -iv- Luan van TÓM TẮT Sự thực thi của kỹ thuật điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang (CB- PWM) có thể đƣợc cải tiến tốt hơn bằng cách thêm vào tín hiệu tham chiếu điều chế một chuỗi điện áp zero. Bài báo này trình bày một kỹ thuật CB-PWM mới cho một bộ biến đổi kẹp điểm trung tính (NPC) 3 bậc, dựa trên việc thêm vào điện áp chuỗi zero. Bởi điện áp chuỗi zero thêm vào, tín hiệu tham chiếu điều chế sin đƣợc điều chỉnh để thực hiện nhiệm vụ cân bằng điện áp của các tụ DC-link, không có nỗ lực điều khiển ngoại vi.
Kỹ thuật này là một cách tiếp cận khác với kỹ thuật điều chế vector không gian (SVM) ba vector gần nhất (NTV) đạt đƣợc bằng cách phân tích kỹ thuật NTV-SVM và thiết lập một sự tƣơng quan với kỹ thuật CB-PWM. Sự thực thi của kỹ thuật CB-PWM này cho một NPC ba bậc dựa trên mô phỏng miền thời gian nghiên cứu trong môi trƣờng MATLAB/SIMULINK. Trang -v- Luan van ABSTRACT Performance of a Carrier-Based Pulse Width Modulation (CB-PWM) strategy can be improved by inclusion of a zero sequence voltage in the modulation reference signal. This paper proposed a new CB-PWM strategy for a three level neutral point clamped (NPC) converter, which is based on a zero-sequence voltage injection.
By inclusion of the zero sequence voltage, the sinusoidal modulation reference is modified to carry out the voltage balancing task of the DC-Link capacitors, with no additional control effort. The proposed strategy is an alternative approach to the Nearest Three Vector (NTV) Space Vector Modulation (SVM) strategy and is obtained by the analysis of the NTV-SVM strategy and establishing a co-relation with and the CB-PWM strategy. Performance of the proposed CB- PWM strategy for a three level NPC based on time-domain simulation studies in the MATLAB/SIMULINK environment. Trang -vi- Luan van MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI.
LÝ LỊCH KHOA HỌC.i LỜI CAM ĐOAN. iii LỜI CẢM TẠ .vi DANH SÁCH CÁC BẢNG. x DANH SÁCH CÁC HÌNH. xii Chƣơng 1 TỔNG QUAN .1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố.2 Các kết quả trong và ngoài nƣớc đã công bố.2 Mục tiêu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu .2 Đối tƣợng nghiên cứu.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài.4 Phƣơng pháp nghiên cứu.
7 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Bộ nghịch lƣu NPC.1 Bộ nghịch lƣu NPC 2 bậc .1 Phân tích mạch .2 Điện áp ngõ ra thay đổi tuyến tính theo tính hiệu điều khiển .9 Trang -vii- Luan van 2.2 Bộ nghịch lƣu NPC 3 bậc .2 Các phƣơng pháp điều khiển bộ nghịch lƣu đa bậc .1 Phƣơng pháp SinPWM.2 Phƣơng pháp Switching frequency optimal PWM (SFO-PWM) .3 Phƣơng pháp Space vector modulation (SVM). 13 Chƣơng 3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP TỤ .1 Hiện tƣợng mất cân bằng điện áp tụ: .2 Nguyên nhân mất cân bằng điện áp trên tụ: .3 Kỹ thuật điều khiển cân bằng điện áp tụ .1 Nguyên lý cân bằng điện áp tụ .2 Lƣu đồ giải thuật cân bằng điện áp tụ .3 Mô hình bộ nghịch lƣu NPC có áp dụng kỹ thuật cân bằng điện áp tụ .1 Khối tạo các điện áp thứ tự không (Voff-Zero Sequence) .2 Khối tạo các chuỗi xung kích .4 Kết quả mô phỏng: .5 Các thông số ảnh hƣởng tới cân bằng điện áp trên tụ .1 Sự ảnh hƣởng của chỉ số điều chế .2 Sự ảnh hƣởng của hệ số công suất tải .3 Sự ảnh hƣởng của điện dung của tụ điện .6 So sánh với các phƣơng pháp đã công bố ở Việt Nam .2 Hƣớng phát triển. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67 Phụ lục 1: Các kết quả mô phỏng.
67 Phụ lục 2: So sánh các phƣơng pháp đã công bố.129 Trang -viii- Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT APOD: Alternative Phase Opposition Disposition CPWM: Carrier Based Pulse Width Modulation FLC: Flying Capacitor Converter IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor LSC: Level Shifted Carriers N: Negative NP: Neutral Point NPC: Neutral Point Diode Clamped OVPWM: Overmodulation Pulse Width Modulation P: Positive PD: Phase Disposition POD: Phase Opposition Disposition PWM: Pulse Width Modulation SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation. SFO-PWM: Switching Frequency Optimal-Pulse Width Modulation SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulation VSI: Voltage Source Inverter Trang -ix- Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng trạng thái đóng ngắt .1: Quan hệ giữa các giá trị của tín hiệu điều khiển và điện áp nghịch lƣu .2: Mối quan hệ trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lƣu NPC 3 bậc với áp nghịch lƣu .3: Tổ hợp vector .4: Thời gian thực hiện .1: Bảng các giá trị dòng NP cho các trạng thái đóng ngắt.2: Các chuỗi vector trong Sector 1 .3: Hoạt động cân bằng điện áp .5: Các thông số mô phỏng .6: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.7: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.8: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.9: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.10: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.11: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.12: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.13: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0. 49 Trang -x- Luan van Bảng 3.14: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp chƣa áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.15: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp có áp dụng kỹ thuật cân bằng (cosφ = 0.16: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp không cân bằng (cosφ = 0.17: Quan hệ giữa chỉ số điều chế với biên độ và độ méo trong trƣờng hợp cân bằng (cosφ = 0.18: Các thông số mô phỏng khi chỉ số điều chế thay đổi .19: Các thông số mô phỏng khi hệ số công suất tải thay đổi .20: Các thông số mô phỏng khi điện dung tụ thay đổi .21: So sánh các phƣơng pháp. 61 Trang -xi- Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Bộ nghịch lƣu Diode clamped multilevel inverter .1: Sơ đồ mạch của bộ nghịch lƣu áp 3 pha, 2 bậc .2: Sơ đồ giải tích mạch tƣơng đƣơng .3: Cấu trúc của nghịch lƣu NPC ba bậc tải RL hình Y .4: Sóng mang dạng PD.5: Sóng mang dạng APOD.6: Sơ đồ vector không gian cho bộ NPC ba bậc.7: Góc phần 6 thứ nhất .1: Cấu trúc của mạch nghịch lƣu NPC 3 bậc, 3 pha có tụ nguồn .2: Sơ đồ khối của bộ nghịch lƣu NPC ba bậc.
